Energooszczędny według klasy IE5+: Kompaktowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi rozszerza zakres regulacji i obniża całkowity koszt posiadania

LEWA ecodos LED3 z PMSM (Źródło: LEWA GmbH) / LEWA ecodos LED3 z PMSM (Źródło: LEWA GmbH)

Nowo dodane do portfela PMSM charakteryzują się między innymi zakresem regulacji 1:200, co pozwala na pokrycie szerszego spektrum zastosowań przy użyciu tego samego napędu lub pompy. (Źródło: LEWA GmbH) / The PMSMs newly added to the portfolio feature a control range of 1:200, enabling a wider range of applications to be covered by the same drive or pump. (Source: LEWA GmbH)

Der PMSM weist zudem ein konstantes Drehmoment auf, d.h. das komplette Moment kann bei Drehzahl 0 U/min abgerufen werden. So wird ein besonders sanftes und produktschonendes Anfahren des Systems sichergestellt, da jeder Prozess mit einer Förderleistung von 1 Prozent statt der sonst üblichen 10 Prozent gestartet werden kann. (Beispiel: Dosierung Omega 3 Fettsäuren bei der Herstellung von Babynahrung) (Quelle: Adobe Stock) / PMSM ma również stały moment obrotowy, tzn. cały moment można uzyskać przy prędkości 0 obr./min. Zapewnia to szczególnie płynny i delikatny rozruch systemu, ponieważ każdy proces może być uruchomiony z prędkością podawania wynoszącą 1 procent zamiast zwykłych 10 procent. (Przykład: dozowanie kwasów tłuszczowych omega 3 w produkcji żywności dla niemowląt) (Źródło: Adobe Stock)

Stała moment silnika PMSM umożliwia w przeciwieństwie do przedstawionego ASM pracę ciągłą przy niskich obrotach. Przeszacowanie wymaganego momentu rozruchowego pompy jest zbędne ze względu na wysoką przeciążalność PSMS. (Źródło: LEWA GmbH)

W przeciwieństwie do przedstawionych ASM-ów, stały moment obrotowy PMSM umożliwia ciągłą pracę przy niskich prędkościach. Nadmierne rozmiary dla wymaganego momentu rozruchowego pompy stały się zbędne dzięki wysokiej zdolności przeciążeniowej PMSM. (Źródło: LEWA GmbH)

Podobnie jak silnik asynchroniczny, PMSM można sterować za pomocą standardowego falownika (NORD, Danfoss itp.) z odpowiednią parametryzacją, dzięki czemu użytkownicy mogą korzystać z części zamiennych. (Źródło: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Także te zdecentralizowane rozwiązania, w których falownik jest zamontowany bezpośrednio na PMSM, są już możliwe z wybranymi przez LEWA PMSM. (Źródło: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Także te decentralne rozwiązania, w których falownik jest zamontowany bezpośrednio na PMSM, są już możliwe z wybranymi przez LEWA PMSM. (Źródło: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG) / Decentralized solutions in which the frequency converter is installed directly on the PMSM are also already possible with the PMSMs selected by LEWA. (Source: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Już w 2020 roku LEWA przeprowadziła pierwsze testy funkcjonalne z prototypem PMSM NORD oraz pompą ecodos na stanowisku testowym. Zwłaszcza w niskim zakresie obrotów PMSM z powodzeniem udowodnił zalety stałego momentu obrotowego: pompa testowa ecodos mogła być napędzana w zakresie od 1:480 do 5 barów. (Źródło: LEWA GmbH)

W wielu zastosowaniach, na przykład przy dozowaniu składników w przemyśle farmaceutycznym lub spożywczym, konieczne są pompy, które nie tylko precyzyjnie kontrolują ilość i okres transportu, ale także delikatnie podają składniki. Aby sprawdzone agregaty pomp z serii ecodos firmy LEWA GmbH mogły w przyszłości jeszcze bardziej elastycznie i energooszczędnie realizować to wymagające zadanie, producent poszerza swoje portfolio o nową formę regulacji prędkości obrotowej z szerokim zakresem (WBR). Oprócz silników indukcyjnych i serwonapędów, teraz stosowane są także silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, zwane PMSM. Charakteryzują się wysoką wydajnością energetyczną i zakresem regulacji większym niż 1:200. Dzięki temu zakres zastosowań znacznie się poszerza. Można zrezygnować z użycia wielu pomp do różnych ilości transportu lub nadmiernego doboru silników indukcyjnych przy niskich obrotach. Ponieważ PMSM można zaprojektować bez wentylatora, pozostaje on kompaktowy i łatwy do czyszczenia. To ostatnie czyni go idealnym do zastosowań higienicznych. Wyski współczynnik sprawności w całym zakresie regulacji zgodnie z klasą efektywności energetycznej IE5+ obniża koszty energii i zapewnia niższy całkowity koszt posiadania (TCO).

Membranowe pompy dozujące z serii LEWA ecodos są szczególnie odpowiednie do zastosowań w przemyśle spożywczym lub farmaceutycznym. Wszystkie materiały użyte do kontaktu z płynami w agregatach pompowych spełniają wymagania FDA, USP Klasa VI oraz wytyczne UE dla przemysłu spożywczego. Na przykład głowica pompy w wersji higienicznej wykonana jest z PP lub stali nierdzewnej elektropolerowanej o chropowatości powierzchni < 0,5 µm. Ułatwia to czyszczenie powierzchni mających kontakt z produktem.

W przypadku dotychczas stosowanych technologii silników trzeba było zaakceptować pewne kompromisy: „W przypadku klasycznych silników indukcyjnych, których wirnik składa się z krótkiego uzwojenia, zakres regulacji ogranicza się do 1:10 (w wyjątkowych przypadkach możliwe jest 1:50). Z regulacją sprzężenia zwrotnego można znacznie go rozszerzyć,” wyjaśnia Maurice Wirkner, menedżer ds. aplikacji w LEWA. „Ponadto napęd poza zakresem nominalnych obrotów – szczególnie przy niskich obrotach – jest stosunkowo nieefektywny. Wymaga to nadmiernego doboru napędu, co zwiększa koszty operacyjne.” Serwonapędy są co prawda zoptymalizowane do wymagań wysokiej dynamiki i obejmują cały zakres regulacji (1-210 uderzeń pompy), ale są droższe w zakupie i wymagają serwonzora do sterowania.

WBR z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi rozszerza zakres zastosowań

LEWA poszerzyła swoje portfolio o technologię napędową, która nie ma tych wad. „W przeciwieństwie do silnika indukcyjnego, wirnik tego napędu składa się z magnesów trwałych i obraca się synchronicznie, czyli bez zależności od obciążenia i zjawiska poślizgu,” wyjaśnia Wirkner. „Charakteryzuje się on między innymi ekstremalnym zakresem regulacji, co często czyni zbędnym użycie wielu pomp do różnych ilości transportu.” Przy tym szczególnie w przypadku wielu pomp można zrezygnować z dodatkowej ręcznej lub elektrycznej regulacji przepływu (HHV lub EHV), a potrzebny strumień objętości można uzyskać tylko poprzez regulację prędkości obrotowej. PMSM zapewnia również stały moment obrotowy. Cały moment można pobrać od momentu zatrzymania silnika (0 obr./min) do jego nominalnej prędkości obrotowej. Dzięki temu system może być uruchamiany bardzo łagodnie i delikatnie dla produktu, ponieważ każdy proces może być rozpoczęty z mocą 1 procent zamiast zwykle 10 procent.

Wysoka krótkotrwała odporność na przeciążenia umożliwia także projektowanie napędów bez nadmiernego doboru rozmiaru, co pozwala na mniejsze i bardziej kosztowo efektywne konstrukcje niż w przypadku tradycyjnych napędów. „Podobnie jak silnik indukcyjny, PMSM można sterować za pomocą standardowego falownika, co oznacza, że użytkownik może korzystać z tych samych części zamiennych,” wyjaśnia Wirkner. „W przeciwieństwie do tego, zakup serwonapędu wymaga droższego serwonzora.” Ponadto kompaktowy napęd, ze względu na brak wentylatora, jest łatwy do czyszczenia i posiada wysoką klasę ochrony IP. W razie potrzeby można go dodatkowo poddać obróbce powierzchniowej metodą nsd tupH. Ta technologia czyni powierzchnię wyjątkowo odporną i jeszcze łatwiejszą do czyszczenia. Jest to idealne rozwiązanie dla zastosowań wymagających wysokiej higieny, na przykład do aromatyzacji w przemyśle spożywczym lub do dozowania dodatków w branży farmaceutycznej.

IE5+-PMSM umożliwia redukcję kosztów oraz rozwiązania rozproszone

Obecnym ograniczeniem stosowanego PMSM jest jego użycie jedynie w obszarach nieeksploatowanych w strefie zagrożenia wybuchem (Non-Ex). „Dzięki regulacji WBR z użyciem IE5+-PMSM możemy spełnić rosnące wymagania klientów dotyczące szerokiego zakresu regulacji i mniejszych kosztów energii oraz ogólnych,” podsumowuje Wirkner. „Szczególnie istotny jest temat efektywności energetycznej. Obecnie możliwe jest także rozwiązanie rozproszone, w którym falownik jest zamontowany bezpośrednio na PMSM, co można zrealizować we współpracy z firmą Getriebe NORD GmbH & Co. KG, partnerem LEWA w zakresie silników PMSM.”